Механизация и автоматизация в строительстве

1.  Чувствительные элементы автоматики и схемы электрических измерений.

1.1 Датчики параметрического типа и их назначение.

 

 Основным элементом автоматики, служащим для приема информации, является датчик. Датчиком называется элемент, преобразующий контролируемую или регулируемую величину в величину другого вида, более удобного для воздействия на управляющий орган системы автоматики и телемеханики. От датчика во многом зависят точность и надежность работы всей системы.

При выборе датчика, кроме  статической характеристики и коэффициента чувствительности (коэффициента передачи), необходимо учитывать зону нечувствительности и зону статической ошибки.

В реальных условиях показания  датчиков не укладываются в линию, а  имеют некоторый разброс (рис. 1)

 

 

Рис.   1.  Статические характеристики датчиков

Датчики классифицируют по нескольким показателям: физической природе  входной и выходной величин, структуре  и принципу преобразования, назначению.

В зависимости от физической природы входной и выходной величины различают электрические, механические, гидравлические, пневматические, акустические и тепловые датчики. Наиболее широко распространены датчики с электрической выходной величиной.

По структуре преобразования различают датчики: с непосредственным преобразованием, когда осуществляется лишь одно преобразование (наибольшее распространение в системах автоматики получили датчики, преобразующие неэлектрические величины в электрические); с последовательным преобразованием, когда имеются промежуточные функциональные связи [чаще всего контролируемая величина предварительно преобразуется в неэлектрическую величину другого вида (линейное или угловое перемещение) и затем в электрическую величину] .

По принципу преобразования датчики, в которых неэлектрические  величины преобразуются в электрические, можно разделить на параметрические и генераторные. В параметрических датчиках при изменении входной величины изменяется один из его параметров, чаще всего активное, индуктивное или емкостное сопротивление. Для работы такого датчика нужен дополнительный источник питания.

Измерительные схемы. Преобразование полученной от датчика электрической  величины в вид, удобный для последующего использования и измерения, осуществляется в измерительных схемах. Наиболее широко для этих целей используются последовательная, мостовая, дифференциальная и компенсационная схемы.

Выбор конкретной схемы определяется, прежде всего, характером выходной величины, типом используемого датчика, видом разрабатываемой автоматической системы и точностью, предъявляемой к измерительному устройству.

Мостовые измерительные  схемы просты, обладают достаточной  точностью и могут использоваться для включения многих параметрических датчиков, имеющих на выходе изменение активного, индуктивного или емкостного сопротивления. Простейшая схема неравновесного моста состоит цз трех постоянных резисторов R2- R4 (рис. 3) и датчика R1, которые составляют плечи моста. Источник питания включается в диагональ питания, а выходной сигнал  снимается с измерительной диагонали, в которую    включается измерительный прибор (микроамперметр).

 

 

Рис. 3.

 

При равновесии мостовой схемы  потенциалы точек а и с одинаковы. При изменении сопротивления одного из плеч моста равновесие схемы нарушается и в диагонали ас появляется ток, пропорциональный изменению сопротивления датчика.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Усилительные устройства автоматики

2.2. Магнитный усилитель с обратной связью. Область его применения

В зависимости от вида вспомогательного источника энергии усилители делятся на электронные, магнитные, электромашинные, пневматические, гидравлические и комбинированные.

К основным характеристикам  усилителей относятся: коэффициент  усиления, потребляемая и выходная мощности, быстродействие, входное и выходное сопротивления, рабочие частоты.

Коэффициент усиления, например, для электронных и магнитных  усилителей показывает, во сколько  раз мощность Р, ток Ι или напряжение U на выходе усилителя больше соответственно мощности, тока или напряжения на его входе:

 

 

 

 Рассмотрим простейший  дроссельный магнитный усилитель (рис. 4). На сердечнике имеются две обмотки: рабочая w и управляющая. На управляющую обмотку подается напряжение постоянного тока, подлежащее усилению. Последовательно с рабочей обмоткой включено сопротивление нагрузки R . Цепь рабочей обмотки получает питание от источника переменного напряжения. Ток в цепи нагрузки

 

где X и R  - индуктивное и активное сопротивление рабочей обмотки и нагрузки.

Индуктивность рабочей обмотки

где S_с - площадь поперечного сечения сердечника;   ℓ   _ средняя длина пути магнитного потока в сердечнике; μ- магнитная проницаемость сердечника.

           

Рис. 4. Схемы магнитных усилителей

При неизменном напряжении питания  ток в рабочей цепи может регулироваться за счет изменения магнитной проницаемости μ (остальные параметры, входящие в формулы, постоянны). При отсутствии постоянного тока в обмотке управления w по сопротивлению R течет ток холостого хода.

Протекание тока управления вызывает появление напряженности  постоянного магнитного поля т. е. с  увеличением напряженности постоянного магнитного поля вследствие нелинейности характеристики намагничивания сердечника уменьшается его магнитная проницаемость, а следовательно, и индуктивность рабочей обмотки. Это приводит к увеличению тока в рабочей цепи.

Таким образом, подмагничивая  сердечник постоянным током, можно управлять переменным током в нагрузке. Если кривая намагничивания материала сердечника имеет большую крутизну, то достаточно небольшое изменение сигнала в цепи обмотки управления для получения значительного изменения мощности нагрузки.

Рассмотренный магнитный  усилитель имеет недостатки. В обмотке управления индицируется значительная Э.Д.С. Чтобы устранить протекание по цепи управления большого переменного тока, который может исказить рассмотренную картину процесса, в эту цепь включается достаточно большое индуктивное сопротивление.

Для уменьшения Э.Д.С., наводимой в обмотке управления, две рабочие обмотки должны быть соединены так, чтобы создаваемые напряженности были направлены встречно относительно обмотки управления, охватывающей оба сердечника. Действие двух переменных полей на обмотку управления в этом случае взаимно компенсируется.

Обратная связь осуществляет передачу части выходного сигнала  на его вход. Обратная связь может быть положительной и отрицательной. Ее называют положительной, если основной сигнал и сигнал обратной связи, подаваемые на вход одного и того же элемента, воздействуют на него в одном направлении (имеют один и тот же знак), при этом выходной сигнал увеличивается. Обратная связь называется отрицательной, если основной сигнал и сигнал обратной связи воздействует на элемент в разных направлениях (имеют разные знаки), при этом выходной сигнал уменьшается.

Обратная связь может  быть жесткой, если она действует  как в переходном, так и в установившемся режимах. Сигнал, подаваемый жесткой обратной связью, пропорционален выходной величине.

Обратная связь может  быть гибкой, если она действует  только в переходном режиме. При  этом сигнал, передаваемый ею, пропорционален скорости изменения выходной величины.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Исполнительные элементы и реле системы автоматики.
1. Назначение, характеристики и устройство реле (привести схему релейной характеристики).

По виду входного сигнала реле подразделяют на механические, тепловые, акустические, магнитные, оптические и электрические. Реле, имеющие в качестве исполнительного органа контактную пару, называют контактными, а остальные — бесконтактными.

Наибольшее распространение  в автоматических системах получили электромагнитные реле постоянного  тока благодаря простоте и надежности работы. Их подразделяют на нейтральные, поляризованные нейтрально-поляризованные.

 

         

 

Рис. 5. Статическая  характеристика реле, обладающего памятью

 

 

 

 

 

 

Рис.6.   Устройство нейтральных электромагнитных реле с поворотным (а) и линейно-перемещающимся втяжным (б) якорями

 

 

Рис. 7 Устройство поляризованного электромагнитного реле

 

Нейтральные реле реагируют  только на значение постоянного тока. Их действие не зависит от полярности подаваемого сигнала, т. е. от направления тока в обмотке. Нейтральные электромагнитные реле являются двухпозиционными, так как их якорь может занимать только два положения.

Такие реле могут быть с  поворотным и линейно-перемещающимся втяжным якорями (рис.6). Нейтральные электромагнитные реле состоят из обмотки реле 3, в которой создается магнитный поток, сердечника 4, ярма 5, якоря 2, который под действием электромагнитного поля поворачивается и воздействует на контакты 7.

Поляризованные реле реагируют  не только на значение входного сигнала, но и на его полярность. В отличие от нейтральных поляризованные реле имеют два независимых друг от друга магнитных потока: поляризующий Ф_п, создаваемый постоянным магнитом 4, и управляющий Ф_у, создаваемый управляющими обмотками реле 3 (рис. 7). Изменение тягового усилия, действующего на якорь 2, происходит при изменении полярности тока, подаваемого на обмотки 3 реле, в результате чего якорь замыкает соответствующий контакт 7. Поляризованные реле обладают высокой чувствительностью и малым временем срабатывания.

По времени притяжения якоря нейтральные электромагнитные реле, применяемые в железнодорожной  автоматике, подразделяют на быстродействующие (0,007-0,03 с), нормальнодействующие (0,1-0,4 с), медленнодействующие (0,6-1,2 с) и реле выдержки времени (более 1,5с).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. Общие принципы автоматизации производства.
1. Программные САР и область их применения.

Развитие и усложнение автоматических систем управления требует  глубокой проработки теоретических  вопросов. Наиболее важные среди них  — определение динамических характеристик  систем, исследование их устойчивости и качества, методы структурного анализа  и синтеза, вопросы передачи информации.

Системы программного управления (СПУ) обеспечивают соблюдение заранее заданной программы рабочего процесса. Управляющее устройство, получая задание - программу, через усилитель и исполнительный орган воздействует на рабочий параметр объекта.

В замкнутых системах автоматического  регулирования (САР) обеспечивается заданный или оптимальный режим рабочего процесса, при этом управляющее воздействие  формируется после сравнения  действительного значения управляемого параметра с заданным. Информация о состоянии объекта от датчика поступает на элемент сравнения, где сравнивается с заданным параметром, поступающим от задающего устройства.

Программные системы автоматического  регулирования получили широкое  распространение в промышленности строительных материалов. В ряде случаев  необходимо технологический параметр выдержать по определенной, заданной программе (схеме), например, автоклавная  обработка блоков из ячеистого бетона. Для достижения высокого качества материалов, необходимо поднимать температуру  и давление пара по определенной программе. Это достигается применением программных САР.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5. Автоматизация машин, оборудования и технологических процессов.
1. Автоматизация процессов дозирования составляющих бетонной смеси.

В производстве бетонных и  железобетонных работ наиболее широко автоматизация применяется при  изготовлении бетонных смесей.

Бетонные и растворные смеси готовят на постоянно действующих  стационарных заводах, сборно-разборных (инвентарных) или передвижных установках (узлах). Они могут работать по полному законченному циклу, выдавать готовую ("мокрую") смесь, по незаконченному циклу, выдавая "сухую" отдозированную смесь, или по комбинированному циклу, выдавая готовую ("мокрую") или "сухую'' смесь. По принципу работы они могут быть цикличного и непрерывного действия.

Заводы и установки  цикличного действия. На заводах и  установках цикличного действия применяются агрегатированные комплекты аппаратуры для бетоносмесительных заводов и установок. С помощью этой универсальной аппаратуры осуществляется автоматизация операций подачи всех составляющих, их дозирование, перемешивание и выдача различной рецептуры (марок) смесей (рис. 8).

Комплект аппаратуры включает в себя набор унифицированных элементов автоматики, позволяющих собирать две базовые подсистемы управления .

Подсистемы монтируются  на двух пультах управления. Первая применяется для автоматического  управления операциями подачи материалов со складов в расходные бункера, вторая - операциями дозирования, перемешивания и выдачи смесей.